隨著半導體技術的發(fā)展，當特征尺寸進入微米級技術節(jié)點時，對離子注入工藝的均勻性、重復性、安全性和生產(chǎn)效率提出越來越高的要求。其中一個較為典型的問題是，在離子注入過程中晶圓表面不可避免出現(xiàn)的正電荷積累現(xiàn)象。當電荷積累到一定程度會產(chǎn)生靜電高壓，對離子注入多項參數(shù)產(chǎn)生不利影響，如離子注入均勻性、重復性降低，絕緣層易被擊穿等。
當制造工藝跨入納米級技術節(jié)點，形成超淺結深的低能大束流離子注入工藝應運而生，通常注入的離子能量低至 200eV，劑量達到 e15cm-2。為了獲得高的注入生產(chǎn)效率，要求到靶的離子束流達到幾十毫安。在這種低能量大束流的情況下，傳輸過程中的空間電荷效應（Space Charge Effect）更加突出，大大降低了傳輸效率，也限制了低能大束流離子注入工效的提升。
在以往的如熱電子或二次電子淋浴技術，存在中和度控制困難、負電荷積累電壓大、金屬污染難以控制和熱輻射大等缺點，已不能適應亞微米或更小技術節(jié)點工藝要求。而等離子淋浴技術由于適應新工藝要求，目前已成為離子注入機控制晶圓電荷累積的標準技術。將等離子淋浴技術應用到淺結和超淺結離子注入工藝中，對低能離子束進行靜電中和，可有效降低空間電荷效應，提高束流量和傳輸效率，進而提高淺結和超淺結大劑量離子注入的生產(chǎn)效率。
等離子淋浴系統(tǒng)主要由等離子淋浴槍（Plasma Flood Gun，PFG）、供氣系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、屏蔽罩和晶圓靶臺組成。其中，淋浴槍是系統(tǒng)核心裝置，能夠產(chǎn)生等離子體并決定其主要性能。供氣系統(tǒng)供給工作氣體，要求氣流穩(wěn)定且純凈。電源系統(tǒng)供電，包括燈絲電源和弧壓電源。屏蔽罩對等離子體起屏蔽作用，將等離子體控制在有效擴散空間內(nèi)，改善淋浴效果。
燈絲型等離子淋浴槍在供氣和電源系統(tǒng)的配合下，在腔室內(nèi)放電并將工作氣體 Xe 電離產(chǎn)生高密度等離子體。受腔室內(nèi)外壓力差影響，等離子體從一側孔溢出進入等離子體區(qū)。當進行離子注入時，等離子體的部分電子受離子束中正電荷的吸引，加入伴隨并對其進行靜電中和。
在靜電中和的初期，離子束正電位較高，從等離子體區(qū)吸引的電子較多。隨著中和的持續(xù)進行，電位降低吸引到的電子也逐漸減少，直到離子束完全實現(xiàn)中和，電子則不會再被吸引。因此等離子淋浴技術能夠自行控制被捕獲電子，避免對離子束過度中和或欠中和。等離子體區(qū)位于晶圓前方且覆蓋了整個表面，可以隨著離子注入過程對晶圓表面實時產(chǎn)生的正電荷實施靜電中和，這個過程與對離子束中和過程一樣，也具備自調節(jié)能力。
等離子淋浴技術的主要特點：一是控制簡單，具備自調節(jié)能力。避免對離子束的過度中和或欠中和。二是參與中和的電子能量低。等離子體電子動能通常在小于 5eV 區(qū)間內(nèi)分布，通過降低弧壓、弧流來降低電子能量，可最大限度地降低高能電子對晶圓的危害。三是無熱輻射、金屬污染相對較低。淋浴槍燈絲不直接面對晶圓，徹底消除了熱輻射。但鎢燈絲會產(chǎn)生金屬粒子，腔室在放電過程中也會產(chǎn)生對應材料的金屬粒子，因此只能通過冷卻腔室方式盡量將金屬污染控制在可接受范圍內(nèi)。
2024 年 4 月，凱世通（Kingstone）交付了首臺面向 CIS（CMOS Image Sensor）的大束流離子注入機。公司表示，在上下游產(chǎn)業(yè)鏈的緊密協(xié)作下多個關鍵零部件項目開花結果，目前已基本實現(xiàn)國產(chǎn)離子注入機供應鏈自主可控。2023 年底，凱世通申請了一種微波等離子體噴槍專利（CN 118400857A），該零部件是一種無燈絲（極有可能是 2.45GMz 電子回旋共振離子源）設計的等離子體淋浴槍，可大幅降低金屬污染，提升芯片制造良率，滿足如 CIS 芯片嚴苛的制造工藝要求。
彭立波,易文杰,劉仁杰.等離子淋浴在離子注入工藝中的應用[J].微納電子技術, 2006.（來源ICPMS冷知識）
